造波机中横梁结构有限元分析及优化设计.pdfVIP

学兔兔 务1 lI3 化 造波机中横梁结构有限元分析及优化设计 Finiteelementanalysisandoptim izationdesignforthe beam structureofwave-maker 王收军 ，毛薛辉 WANGShouqunll．MAOXue．hui。 (1．天津理工大学 复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津 300384；2．天津理工大学机械工程学院，天津300384) 摘 要；为了实现造波机中横梁结构轻量化，对其模型进行了有限元分析，分析结果显示其刚度和强度 均有较大的裕量。基于结构强度分析结果，找出其受力薄弱环节，对横梁模型进行结构优化 设计。优化结果表明：在保证许用变形量小于2mm、许用应力小于325Mpe的前提下，对横梁 型钢、加强筋及局部进行优化 ，改进后横梁质量减轻17．8％，且应力分布更为均匀。很好的 实现了 “重量轻、性能好”的设计目标。此研究方法为横梁的设计及优化提供了依据 ，具有 实用价值。 关键词 ：造波机；横梁；有限元分析；优化设计 中图分类号：TH123 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)08(下)一0090—03 Ooi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．08(下)．23 0 引言 本文采用有限元方法对造波机 中横梁结构进 在实验水槽中模拟海洋动力环境是随着海洋 行仿真分析，得到其应力、应变云图；并以 “重量 资源的发展和应用而兴起的一门新型研究技术， 轻、性能好”为设计 目标，对横梁型钢、加强筋及 它对水利、船舶、海上石油开采等领域的研究都 局部进行优化，为造波机设计提供理论依据。 具有重要的意义 。造波机是一种能够在实验水池中 1 造波机机械结构及工作原理 人为造出各种波浪，对港工、船舶、波浪发电装置 造波机 的机械装置主要包括 ：横梁、滑板、 等进行模拟试验的专用设备，它可模拟实际波浪对 导轨基础座、造波板 、齿轮齿条、异步伺服 电 船舶或建筑等的影响，为相关设计提供理论依据。 机等。其总体尺寸为：长38．175m、宽8．8m、高 横梁是造波机 中的关键部件之一，它的功能 14．2m，有效行程4-5m，最大载荷107t。造波机械 是支撑位于其下部的运动系统两对直齿齿轮，其 装置采用推板式造波机，由四台大型异步伺服电 与基础相连接 ，承受造波机电控系统运行引起的 机通过传动机构齿轮齿条驱动造波推板在直线导 各种载荷。它需有足够的刚度和强度，以保证造 轨上进行往复直线运动。通过控制造波推板的运动 波系统在各种载荷下能正常运行；同时，也需减 幅值和频率，从而使造波系统能在水槽内产生相应 轻重量，降低成本 。 的波浪。造波机整体机构示意图，如图1所示。 1．横梁；2．齿轮；3．滑架：4．横梁支架：5-推波板框架：6．导轨基础座7滑架支撑；8．机械缓冲装置 图1造波机整体机构示意图 收稿 日期：2014-05-17 基金项 目：国家海洋局资助项 目 (201005027) 作者简介：王收军 (1965一)，河北人，教授，硕士，研究方向为机电液一体化成套设备及单元技术和流体传动及控制 技术。 【9O】 第36卷 第8